في الكيمياء الذرية، ترتبط طاقة الإلكترونات في الذرة بمستوى الطاقة الذي تشغله. المستوى الثانوي أو المداري (sublevel) يُمثل توزيع الإلكترونات ضمن المستويات الرئيسية (مثل 1، 2، 3…). من المهم فهم سبب اختلاف طاقة المدارات الفرعية مثل 4s و3d.
1. تعريف المستويات الثانوية
المستوى الثانوي 4s: هو المدار الذي ينتمي إلى المستوى الرئيسي الرابع (n = 4) وله شكل كروي تقريبا، يشبه المدار s في المستويات الأدنى.
المستوى الثانوي 3d: هو المدار الذي ينتمي إلى المستوى الرئيسي الثالث (n = 3) وله شكل مزدوج أو عقدي، مع توزيع إلكتروني أكثر تعقيدًا.
2. قاعدة Aufbau
توضح قاعدة Aufbau ترتيب ملء الإلكترونات في الذرات وفقًا لأقل طاقة أولاً. بحسب هذه القاعدة:
الإلكترونات تميل إلى شغل المدارات ذات الطاقة الأقل أولاً.
عند مقارنة مدار 4s مع مدار 3d، نجد أن مدار 4s يمتلك طاقة أقل من 3d عند الذرة المحايدة، ولذلك يمتلئ أولًا بالإلكترونات.
3. السبب الفيزيائي
بعد الإلكترون عن النواة: رغم أن 4s ينتمي إلى المستوى الرابع، إلا أن شكله الكروي يسمح له بالاقتراب من النواة أكثر من بعض الإلكترونات في مدار 3d. هذا التقارب يقلل من الطاقة الكلية للإلكترون في 4s.
التأثير الدرعي (Shielding Effect): الإلكترونات في المدارات الداخلية تقلل من تأثير الشحنة النووية على المدارات الخارجية. في حالة 4s، يكون تأثير الدرع أقل من 3d، مما يجعل 4s أكثر استقرارًا.
4. تطبيق عملي
مثال شائع هو عنصر الكالسيوم (Ca):
التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
نلاحظ أن إلكترون 4s يمتلئ قبل 3d، مما يدل على أن طاقة 4s أقل من 3d.
- الاجابة : صواب.
5. ملاحظة مهمة
بعد امتلاء 4s وإضافة إلكترونات في 3d، يمكن أن تتغير طاقة المدارات:
عند تكوين أيونات، تفقد الإلكترونات من 4s أولًا وليس من 3d، لأن طاقة 4s تصبح أعلى عند وجود الإلكترونات في 3d.
باختصار، طاقة المدار 4s أقل من 3d في الذرة المحايدة بسبب شكل المدار الكروي وتقاربه من النواة، مما يجعله أكثر استقرارًا ويمتلئ بالإلكترونات أولًا. ومع ذلك، عند تكوين أيونات، قد تتغير هذه الطاقة بسبب تأثير المدارات الأخرى.
